SolidWorks在Φ8780土压平衡式盾构机生产制造中的运用与探讨

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摘要：该文介绍了使用三维软件solidworks对Φ8780土压平衡式盾构机进行三维建模，以及使用三维软件SolidWorks中的Simulation功能对后配套台车架的钢结构进行受力分析。

关键词：三维建模；盾构机；钢结构受力分析

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：

引言

Φ8780土压平衡式盾构机主要用于穗莞深城际轨道交通项目工程东莞至深圳段SZH-2标段盾构区间施工。该盾构主体总重约700t，总长为16.49m，整机长度约为81.2m。由MHI（三菱重工）提供技术支持进行生产制造。

盾构机主要由以下系统组成：刀盘及刀盘驱动系统、盾构主体、铰接系统、推进系统、盾尾密封系统、管片拼装机、螺旋机及皮带输送系统，液压系统、后配套台车、管片吊装系统、同步注浆系统、人行闸及空气压缩站、电气系统、控制系统、数据采集管理系统、测量及导向系统。因此盾构机的生产制造过程复杂，如：大型钢结构件的焊接制造与组装、设备安装、管路布置等，所以使用三维软件对盾构机进行三维建模对盾构机生产制造具有重要的意义。

SolidWorks软件介绍

SolidWorks是美国SolidWorks公司开发的出色的三维参数化特征造型CAD软件，其技术内核基于先进的Parasolid图形语言平台。选用SolidWorks作为盾构机三维建模平台，主要是基于SolidWorks在以下几方面的突出优点: 1.强大的参数化特征造型功能。2.操作简便。3.拥有开放的结构体系。

盾构机零部件三维建模

SolidWorks中有一提供结构件设计的工具栏—“焊件”，也可以在菜单栏的“插入”下拉菜单中找到焊件工具栏。焊件工具栏中包含了焊件部件设计过程中的所需的特征。

由于盾构机的刀盘、盾体、拼装机、张出台、连接桥以及后配套台车均为大型焊接结构件，因此在SolidWorks环境中可以使用焊接特征对盾构机大型焊接结构件进行三维建模。下面以盾构机最复杂的大型焊接结构件为例——刀盘，进行三维建模零部件说明。

在盾构机刀盘的三维建模过程中是采用在焊接状态下建模，在建模过程中采用“拉伸”“裁剪”“切除”等命令对刀盘的零部件进行建模。在焊接状态下的零部件建模会自动转变成多实体零件建模。同时会生成焊接件的切割清单，因此在盾构机的实际生产过程中可以大大方便了盾构机的生产制造。

因为是多实体建模，所以在焊接状态下可以打开组成刀盘的各个零部件，能够直观的了解各个零部件的形状与尺寸，方便制作生产的套料图，加快下料速度。

管路布置

在传统的机械生产制造中，管道设计与布置的工作量是非常大的，并需要专门的配管人员负责装配，有时候设备的定位偏差会导致管路的安装出现偏差甚至会出现干涉，使用SolidWorks Routing模块可以在短时间内完成盾构机管道的设计，并且可以非常方便的修改设备的定位或者管路的走向以防安装时出现干涉的情况。

在我司自主研发的Φ8780土压平衡式盾构机泡沫系统中便运用了SolidWorks Routing模块对泡沫系统的集成块进行了管路布置，大大的缩短了对管路的设计周期，并且可以预先得出管路布置效果，方便修改，同时可以自动生成组成泡沫系统的零配件清单，大大的提高生成效率。

Φ8780土压平衡式盾构机泡沫系统集成块三维建模图

盾构机部件总组装

SolidWorks在装配中操作简单，只要使用简单约束条件便可以达到理想的装配效果，同时，SolidWorks在大型装配体中具有强大的优势，因为它具有轻化装配部件的功能，能够大大的减少内存的损耗，减少了对装配大型且复杂的装配件时对电脑的要求。在整体装配盾构机时，SolidWorks就能够很好的完成装配完成任务。

对盾构机的整体装配，可以很好的预览盾构机设备以及管路的布置状况，防止由于设计不当而产生的干涉状况出现，大大提高了生产制造效率。

Φ8780土压平衡式盾构机总体三维建模图

对后配套台车进行受力分析

在SolidWorks 中藏有一强大的有限元分析功能模块，它就是SolidWorks Simulation， SolidWorks Simulation是一个与 SolidWorks 完全集成的有限元分析系统。它可以进行应力分析、非线性分析、线性动态分析、疲劳分析等。因此可以提高产品设计的可靠性以及生产效率。

使用SolidWorks Simulation对台车架进行受力分析以及优化设计，将大大提高台车架的设计安全系数。

台车架Simulation分析过程是首先，定义台车架材料为普通碳钢，然后定义夹具为台车轮安装法兰6点，由于主要设备布置在台车上部所以主要受力面为台车架上部施加40吨的压力，在进行有限元运算得到受力报告书。

台车架应力分析图台车架位移图

由应力分析图可以得知台车架受力符合要求，但从位移图分析台车架中部可能会发生变形的可能，为了优化设计，所以在台车架中下部需增加立柱。

结束语：

运用SolidWorks对盾构机进行三维建模、受力分析以及优化分析，无论对生产进度还是设计效率来说都能大大的提高，特别是运用SolidWorks Routing功能对管路进行设计布置，可以有效改善以往盾构机管路布置混乱的局面。所以运用SolidWorks软件对盾构机进行三维建模对盾构机的生产制造具有重大的意义。

参考文献：

[1]陈韶章、洪开荣编著.复合地层盾构设计概论. 人民交通出版社，2010年9月1日，第1版.

[2]DS SolidWorks公司主编.SolidWorks高级装配教程(2012版).机械工业出版社，2012年6月1日，第2版.

作者简介：陈国昌，广东增城人，本科学历，机械工程师，从事盾构施工工程行业。